Spike-Protein des Coronavirus ist sehr beweglich

Das Spike-Protein ist das prominenteste Protein des neuen Coronavirus. Zum einen sitzt es gut sichtbar auf der Oberfläche des Virus, zum anderen hat es eine wichtige Funktion: Das Virus benötigt es, um in die Wirtszelle eindringen zu können. Daher steht es im Fokus der Impfstoffentwicklung. Wissenschaftler des Paul-Ehrlich-Instituts (PEI) in Langen haben nun mit Kollegen vom European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg und dem Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt am Main mit hochauflösenden bildgebenden und computergestützten Verfahren das Spike-Protein in seiner natürlichen Umgebung (in situ) analysiert.

Hierfür nutzte das Team um Dr. Beata Turoňová SARS-CoV-2-Partikel, die aus dem Überstand infizierter Zellen gewonnen wurden. Die Forscher untersuchten etwa 1000 verschiedene Viren, die jeweils durchschnittlich 40 Spikes (Homotrimere aus drei Einheiten) auf ihrer Oberfläche trugen. Ein für die Impfstoffentwicklung erfreuliches Ergebnis stellten die Forscher dabei fest: »Der obere Kugel- beziehungsweise V-förmige Teil des Spikes weist unter natürlichen Bedingungen eine Struktur auf, die von rekombinanten Proteinen, die für die Impfstoffentwicklung genutzt werden, gut wiedergegeben wird«. Dies bedeutet, dass die Impfantigene der Vakzinen gut zu der Struktur des Virus passen.

Befunde über den Stiel, mit dem der globuläre Teil des Spikes auf der Virusoberfläche fixiert ist, waren jedoch neu, heißt es in der Pressemitteilung des PEI. Über dessen Struktur war bisher wenig bekannt. Jetzt entdeckten die Wissenschaftler, dass der Stiel äußerst flexibel ist. In den Aufnahmen stand er selten gerade auf der Membran, sondern war in alle Richtungen geneigt.

Das Team identifizierte vier verschiedene Abschnitte im Stiel, die es als Hüft-, Knie-, Knöchel-Domäne und schließlich als in die Membran eingebettete Fuß-Domäne bezeichnete. Diese Domänen können Biegebewegungen ausführen. Sie fungieren also quasi als Gelenke, berichten die Forscher im Fachjournal »Science«. Dementsprechend sitzt der globuläre Anteil des Spikes, der den Rezeptorbindungsbereich und die für die Fusion mit der Zielzelle erforderlichen Bestandteile enthält, auf einem flexiblen Stiel.

»Wie ein Ballon an einer Schnur scheinen sich die Spikes auf der Oberfläche des Virus zu bewegen und so den Rezeptor für das Andocken an der Zielzelle suchen zu können«, beschreibt Professor Dr. Jacomine Krijnse Locker die Ergebnisse. Sie suchen dabei offenbar verdeckt nach Andockstellen, denn die Forscher fanden auch heraus, dass der Stiel mit vielen Glykanketten versehen ist. Diese Zuckerketten könnten »dem Stiel eine Art schützenden Mantel verleihen und ihn so vor neutralisierenden Antikörpern abschirmen«, heißt es in der PEI-Mitteilung. Dies könne jetzt in weiteren Experimenten geklärt werden und trage zum Verständnis der immunologischen Eigenschaften des Spike-Proteins auf dem Weg zu wirksamen Impfstoffen bei.